语音播报记事器的设计

语音播报记事器的设计 0 引 言

随着数字电子技术的发展和单片机等微控制器的产生，语音的存储与自动播放变得易于实现。目前语音存储与自动播放系统已经广泛应用于日常生活当中。公共汽车上的语音报站器、银行和医院的排队等候系统等，都是语音存储与自动播报系统的应用。本文介绍一种以语音存储与自动播放系统为基础的语音播报记事器设计。该设计以ISD4004：语音芯片和AT89S52单片机为中心，很好地实现了语音存储与自动播放。 1 硬件设计原理

语音播报记事器的主要功能是实现语音存储与定时播放。要实现语音存储与定时播放的方法很多，可供选择的器件也很多。由于单片机等微控制器的出现和数字电路技术的发展，使得现在的语音存储与自动播放变得易于实现。本设计采用单片机作为微控制器。单片机的字长由4位、8位、16位发展到32位。目前这几种字长的单片机同时存在于市场,用户可以根据不同的需要进行选择。本系统选用字长为8位的AT89S52单片机作为控制器。

目前可以与单片机配合使用的语音芯片有很多，其中不乏性能十分优越的语音芯片，美国ISD公司生产的ISD4004语音芯片就是它们中的一员。 ISD4004芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。引脚包括电源、时钟、语音信号模拟输入／输出端、与MCU接口(SPI接口)几部分。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音。

ISD4004系列单片录放时间为8～16 min，采样频率可为4．0／5．3／6．4／8．0 kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。芯片设计基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口(SPI或Mi- crowire)送入。由于ISD4004的众多优点，本设计就采用它作为录放音器件。

系统外接时钟芯片PCF8563、矩阵键盘LED显示和E2PROM AT24C01。录音时为了改善语音质量，要提高输入端的信噪比，因此在系统的输入端采用三极管(9014)放大电路单端输入，系统的输出端经音频功率放大器LM386放大输出后驱动扬声器。整个系统的系统框图如图1所示。 2 硬件设计

2．1 语音输入与输出电路设计

语音信号经过驻极体话筒转化为的电信号很微弱，在送入语音芯片之前需要经过放大。这样做的目的是为了提高信号的信噪比，以达到更好的抑制噪声的目的。由于声电转换器件使用的是驻极体话筒，所以后级放大电路使用三极管作为放大器件即可满足要求。本设计中从语音芯片输出的语音信号很微弱，不能直接驱动扬声器，所以要在语音芯片和扬声器之间加上一个功率放大电路。功率放大电路使用美国国家半导体公司生产的音频功率放大器LM386并配合少许电容电阻构成。该功放电路的放大效果良好，噪音小，可以满足本设计的要求。 2．2 显示电路设计

本设计的显示部分使用LED数码管。为了提高LED显示的亮度，在本设计中，将a，b，c，d，e，f，g引脚分别串联300 Ω的电阻后接5 V电压即可。本设计采用软件查表方式输出。当系统没有录放音时，需要显示年、月、日、时、分、秒、星期等信息；当系统有录放音时，需要显示与录放音有关的信息。这样，整个系统一共需要15个数码管。为了节省单片机的I／O口，显示部分使用了74LS154，单片机与LED的接口采用动态接口。 74LS154是4线16线译码器，用于将单片机的输出译码后作为LED的片选信号使用。

2．3 PCF8563接口电路设计

PCF8563是飞利浦公司生产的低功耗的CMOS实时时钟／日历芯片，是I2C总线接口器件。设计中，PCF8563用来提供时间和日历信息。当没有进行录音和放音操作时，本设计相当于一个万年历；当进行录音或放音时，PCF8563用来对每段录音或放音进行计时，所有的时间信息均通过LED数码管显示出来。由于PCF8563是漏极开路，所以必须要加5．1 kΩ的上拉电阻。PCF8563与AT89S52的接口电路设计如图2所示。

2．4 ISD4004接口电路设计

本设计使用ISD4004-16M型号的语音芯片。这款语音芯片可以录音16 min，它有一个端口为RAC端，RAC为行地址时钟端，每个RAC周期表示ISD存储器的操作进行了1行(ISD4004系列中的存贮器共2 400行)，所以RAC端的行地址数目与语音芯片中存储器的行数对应，即语音芯片存放的每段录音的初始与结束地址与惟一的RAC行地址数对应。所以只需将 RAC端与单片机的计数端相连，仅记录RAC行地址数目即可实现整个录放操作，且单片机的计数器无需中断。根据以上的思想，设计ISD4004与单片机的接口电路如图3所示。 3 软件设计

本设计中的程序设计包括以下几个部分，即键盘处理程序、ISD4004放音驱动程序、ISD4004录音驱动程序、时间校正程序、录音子程序、放音子程序、播放时间设置子程序、播放选择程序、子程序设计。 图4为主程序流程图。 4 系统测试

系统上电后15个数码管全亮大概3 s，以此检测数码管的好坏。之后数码管会出现年、月、日、星期、时、分、秒等信息。当按下录音键后，系统开始录音。录音时，数码管会显示“SAVE”字样，并会显示该段录音的时间信息；当确定键按下后，该语音段的录音结束，数码管重新显示时间信息。当按下放音键时，系统开始放音，这时数码管会显示 “PLAY”字样，并会显示该段录音的时间信息。放音结束后数码管会回到时间显示界面。当按下时间校正键后，便可以对时间进行校正；当按下确定键后，时间校正结束。本系统可以录音15 min，可以录4段录音。当按下播放设置键后，就可以对每段录音的播放时间进行设置；当按下播放选择键后，就可以播放4段录音中的任意一段。 本系统在播放录音时会有少量的噪音，可能由以下原因造成： (1)整个系统完全是手工焊制，线路之间存在干扰；

(2)ISD4004的数字地与模拟地没有分别走线，全部接到了一起，存在干扰； (3)语音输入放大电路的放大倍数不够，噪声没有得到足够的抑制。

整个系统的设计合理，外围电路结构简单，方便调试；单片机余留有I／O口，方便系统的升级和扩展；单片机的所有程序均使用C-51进行编写，方便调试和阅读。整个系统工作稳定，操作方便。本设计的设计原理完全可以用在公共汽车上，作为语音报站器使用，也可以用在银行和医院等一些需要自动播报语音信息的公共场所。在本设计的基础上稍加扩充，就可以满足实际应用的需要。

语音播报记事器的设计

时间：2009-07-16 09:55:18 来源：现代电子技术 作者：张裕，刘毅敏，方康玲 武汉科技大学

摘要：设计了一个能够实现语音记录且能够自动播放的系统。整个系统使用AT89S52单片机作为、微控制器，通过对ISD4004的控制实现语音的存储与回放。PCF8563为本系统提供时间和日历等信息。当进行录音和放音时，PCF8563亦可作为计时器件使用。外接矩阵键盘和LED数码管，可方便人机间的对话。该系统能够录放音达16 min，能够分4段进行录音和放音，并能实现自动播放，音量大小也可以调节。该设计的特点还在于可以实现语音的定时自动播放。

关键词：PCF8563；ISD4004语音芯片；单片机；语音记录；回放

0 引 言

随着数字电子技术的发展和单片机等微控制器的产生，语音的存储与自动播放变得易于实现。目前语音存储与自动播放系统已经广泛应用于日常生活当中。公共汽车上的语音报站器、银行和医院的排队等候系统等，都是语音存储与自动播报系统的应用。本文介绍一种以

语音存储与自动播放系统为基础的语音播报记事器设计。该设计以ISD4004：语音芯片和AT89S52单片机为中心，很好地实现了语音存储与自动播放。

1 硬件设计原理

语音播报记事器的主要功能是实现语音存储与定时播放。要实现语音存储与定时播放的方法很多，可供选择的器件也很多。由于单片机等微控制器的出现和数字电路技术的发展，使得现在的语音存储与自动播放变得易于实现。本设计采用单片机作为微控制器。单片机的字长由4位、8位、16位发展到32位。目前这几种字长的单片机同时存在于市场,用户可以根据不同的需要进行选择。本系统选用字长为8位的AT89S52单片机作为控制器。 目前可以与单片机配合使用的语音芯片有很多，其中不乏性能十分优越的语音芯片，美国ISD公司生产的ISD4004语音芯片就是它们中的一员。ISD4004芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。引脚包括电源、时钟、语音信号模拟输入／输出端、与MCU接口(SPI接口)几部分。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，因此能够非常真实、自然地再现语音。

ISD4004系列单片录放时间为8～16 min，采样频率可为4．0／5．3／6．4／8．0 kHz，频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。芯片设计基于所有操作必须由微控制器控制，操作命令可通过串行通信接口(SPI或Mi-crowire)送入。由于ISD4004的众多优点，本设计就采用它作为录放音器件。

系统外接时钟芯片PCF8563、矩阵键盘LED显示和E2PROM AT24C01。录音时为了改善语音质量，要提高输入端的信噪比，因此在系统的输入端采用三极管(9014)放大电路单端输入，系统的输出端经音频功率放大器LM386放大输出后驱动扬声器。整个系统的系统框图如图1所示。

2 硬件设计

2．1 语音输入与输出电路设计

语音信号经过驻极体话筒转化为的电信号很微弱，在送入语音芯片之前需要经过放大。这样做的目的是为了提高信号的信噪比，以达到更好的抑制噪声的目的。由于声电转换器件使用的是驻极体话筒，所以后级放大电路使用三极管作为放大器件即可满足要求。本设计中从语音芯片输出的语音信号很微弱，不能直接驱动扬声器，所以要在语音芯片和扬声器之间

加上一个功率放大电路。功率放大电路使用美国国家半导体公司生产的音频功率放大器LM386并配合少许电容电阻构成。该功放电路的放大效果良好，噪音小，可以满足本设计的要求。

2．2 显示电路设计

本设计的显示部分使用LED数码管。为了提高LED显示的亮度，在本设计中，将a，b，c，d，e，f，g引脚分别串联300 Ω的电阻后接5 V电压即可。本设计采用软件查表方式输出。当系统没有录放音时，需要显示年、月、日、时、分、秒、星期等信息；当系统有录放音时，需要显示与录放音有关的信息。这样，整个系统一共需要15个数码管。为了节省单片机的I／O口，显示部分使用了74LS154，单片机与LED的接口采用动态接口。74LS154是4线16线译码器，用于将单片机的输出译码后作为LED的片选信号使用。 2．3 PCF8563接口电路设计

PCF8563是飞利浦公司生产的低功耗的CMOS实时时钟／日历芯片，是I2C总线接口器件。设计中，PCF8563用来提供时间和日历信息。当没有进行录音和放音操作时，本设计相当于一个万年历；当进行录音或放音时，PCF8563用来对每段录音或放音进行计时，所有的时间信息均通过LED数码管显示出来。由于PCF8563是漏极开路，所以必须要加5．1 kΩ的上拉电阻。PCF8563与AT89S52的接口电路设计如图2所示。

GPS信息语音播报系统设计

类别：电子综合 阅读：1054

随着全球定位系统GPS(IGlobal Position System)应用技术的日趋完善，GPS在各行业中的应用正在迅速发展和扩大。尤其是在汽车运营系统中，GPS的应用已经十分广泛。用于车载的GPS接收系统可以全天候、高精度给出车辆位置的经纬度信息。结合电子地图，可以极大地方便驾驶员寻找正确道路。如果应用在出租车中，又可以实现运行监控，既便于公司对车辆的统一调度，又在一定程度上保障了驾驶员的安全。

但是，目前市场上使用的大部分GPS导航系统都是通过液晶屏显示的方式给出导航信息。在一些场合(如车辆驾驶过程)中，路面情况复杂多变，驾驶员的注意力高

度集中，单靠眼睛查看GPS信息有所不便。

本文设计的具有语音播报GPS信息功能的电路系统，采用单片机读取GPS接收模块的定位信息，在进行分析处理后自动转换为控制代码，通过语音组合形成定位信息的语音播报。由于驾驶员开车过程中可以直接听到有关导航信息，减轻了靠眼睛观察的负担，从而提高了行车的安全性。

1 系统电路设计

本系统主控芯片采用ATMEL公司的89C2051单片机．该芯片的最大特点是使用方便，价格低廉。GPS模块选用Position公司的GPS-05型GPS接收模块，语音播报则采用北京中青公司推出的PM50语音处理芯片。

1.1 GPS-05型GPS接受模块介绍

Position公司产的GPS-05型GPS模块有体积小(25×25mm2)、精度高、易安装、控制方法简单(串口控制)、功能强大等特点，可以给出经度、纬度、高度、速度、运动方向等多种信息，具体参数如表1所示。

GPS-05的控制、输出格式为NMEA-0183协议标准的232串行数据传输。控制器用232串行接口对GPS-05进行设置，并读取其输出信息。协议简述如下。

通信设置：波特率默认为4800bps，从1200~115 200bps可选 格式：1起始位，8位数据，1停止位，无效验。 命令格式：均采用ASCII码格式。如下所示： (1)命令头，所有命令均以$PFST开头。 (2)命令名称，有多种格式的命令。 (3)命令参数，可有多个参数。 (4)命令结束标示。

例：GPS-05开始工作命令：发$PFST,START，，其中mode为0～2可选，0为自动，l为冷启动，2为热启动等等。

GPS-05停止工作命令：发$PFST，STOP，，其中参数O表示直接停止工作，1表示停止并存储最后的定位信息。

输出格式：在自动输出模式下，GPS-05每秒钟发送一次信息。信息均以ASCII码格式输出，输出信息可通过命令定制，如：定制输出内容为GPRMC方式(输出GNSS信息)，则输出为：

(1)表示时间，hh小时，mm分钟，ss.ss秒。 (2)表示数据是否有效，A为有效，V为无效。 (3)表示纬度数据，dd为度，mm.mmmm分o (4)为南/北纬，N北纬，S南纬。 (5)为经度，ddd度mm.mmmm分。 (6)为东/西经，E东经，W西经。

(7)为地面速率，单位0．01knot，Iknot=1862m／h。 (8)为运动角度，正北向为O度，顺时针计算，正值。 (9)为日期，dd日mm月yy年。 (10)磁场变化率，单位0．1度。 (11)磁场变化方向，E东，W西。 (12)工作模式：A自动获取，V数据无效。

此外，天气、卫星情况、电源稳定度、电磁干扰等因素会对精度有所影响。

1．2 PMS0型语音芯片介绍

PM50系列语音芯片是北京中青世纪科技发展公司2003推出的新型语音芯片。该系列芯片有采样率高、音质好、控制方便、可重复擦写等特点，非常适合应甩于语音组合播报。芯片的录音时间从几秒到200秒，可分128段，每段语音长度不固定。该芯片的示意图及引脚说明分别如图l及表2所示。

PM50只需用3个引脚作为控制线，用其规定的串行口协议，可方便地控制组合播放多段语音。串行口控制时序如图2所示。

该串行模式下最大可分128段，Kl为数据端，K2为时钟端，01为忙信号端。

时钟上升沿时数据端有效。语音段的地址为80H～FFH，第一段的地址是80H，按顺序排列，最多128段语音。外部单片机直接送入要放音的段号数据，播放。该段语音播放结束时，PM50的忙信号拉低，外部单片机再 送下一段语音的段号。

1．3 系统电路图

系统电路如图3所示。单片机以UART同GPS-05相连，Pl.7、P1.6和P3.2同PM50的Kl、K2、01相连。P3.4接一个按键，按下时播报GPS信息。PM50事先录好“位置”“速度”“高度”“运动方向”“南”“北”“东”“西”“经”“纬”“0”“1”……“9”“10”“百”“度”“点”“米”等所需的语音。

2 软件框图和部分子程序

单片机对GPS芯片的控制和播报的软件框图如图4所示。 语音芯片播音子程序（参数Num为播报段数）：

本文所讨论的GPS信息语音播报系统定位精度高、工作稳定、声音悦耳动听，在实际应用中取得了良好的效果。经过改进，配合电子地图，可以按语音方式播报出更多信息，获得更好的效果。

基于ISD1420的语音温度计的设计

豆豆网 技术应用频道 2009年08月02日 【字号：小 中 大】 收藏本文

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关键字： 数据采集 微机保护装置 ComPactPCI GPS接收机 指纹采集

文章详细说明了利用 AT89S52单片机及一些可编程芯片，实现具有语音功能、时钟功能的数字式温度计的设计。对系统各部分的设计和功能进行了详细的说明。 ③实时播报时间/温度：在运行状态任何时候按 SW4实现即时播报时间和温度。 ④切换屏幕显示：在运行状态任何时间通过按 SW7切换液晶显示温度/时间（日历）。

4.报警电路报警电路见图3，由功放三极管 9012及蜂鸣器 BELL组成。当温度传感器

检测到的温度高于温度的上限或低于温度的下限设定值时，由单片机的 P3.4引脚（T0引脚）发出低电平信号，9012三极管导通，使蜂鸣器发出响声，发出声音报警，以提醒人员注意温度超出了范围。 5．语音电路

图片看不清楚？请点击这里查看原图（大图）。

语音电路见图2，由可编程语音芯片 ISD1420及其外围电路组成 [2]。通过编程由单片机的 P1.0引脚输出信号控制 ISD1420的录音引脚 REC完成语音的录入。完成录音后，引脚 REC焊接到高电平，使录音内容不被破坏。执行系统程序时，由单片机的 P1.1引脚输出信号控制 ISD1420的放音引脚 PLAYE完成语音的取段放音。这样通过单片机控制ISD1420，对其进行录放音操作的控制，从而实现整点语音自动播报时间、温度，手动实时播报时间、温度。另外还可完成年、月、日，报警语音等信息的播报。 6．显示电路

显示电路见图3，主要由 RT1602C液晶显示器件 LCD组成。RT1602C液晶显示器件有 16个引脚。其中 1~2号引脚为 GND和 VCC；3号引脚 V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用

时可以通过一个10K的电位器调整对比度； 4号引脚RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器；5号引脚 R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作，当 RS和 R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS为低电平 R/W为高电平时可以读忙信号，当 RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据； 6号引脚 E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；7~14 号引脚D0～D7为8位双向数据线；15~16号引脚为背光源正 /负端。

基于温度补偿的超声波倒车测距仪的研制(图)

作者：桂林电子科技大学 王守华 日期：2009-9-7 来源：本网

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超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，根据超声波这些特性进行障碍物有效距离的探测已在很多领域得到应用。不过，超声波在空中传播速度深受温度的影响，若不考虑此项因素，测量的精确度很难得到保证。

在这一汽车倒车测距仪的研制中，充分考虑到环境温度对超声波传播速度的影响，通过温度补偿方法予以校正,具有较高的测量精度，并能实时显示及语音播报车后障碍物距离,让司机视听结合，更加人性化。整机电路具有结构简单、工作稳定可靠、测量误差小等特点。

超声波倒车测距仪整机电路

本系统整机电路采用单片机AT89S52做主控单元，其他部分包括超声波发射模块、超声波接收模块、DS18B20温度补偿模块、液晶显示模块、语音播报模块等。整机框架如图1所示。

图1 系统框架

1 超声波发射模块

采用NE555芯片产生40kHz的振荡方波，单片机通过NE555复位端来控制超声波的发送。由于NE555最大能够产生200mA的输出电流，发射信号功率有限，需经NE5532AF构成的功率放大电路后，产生足够的功率推动超声波的发射，这样才能满足发射距离的要求。超声波发生电路如图2所示，功率放大电路如图3所示。

图2 超声波发生器

图3 功率放大电路

2 超声波接收模块

采用LM567锁相环电路，当接收信号在LM567的锁定频率范围内时，LM567的输出端会从高电平跳变为低电平，此信号作为单片机的中断信号，从而超声波从发射到接收的时间差即可得到准确测量。根据公式S=V*T/2即可得到所测距离。超声波检测电路如图4所示。

图4 超声波检测电路

3 温度补偿模块

目前, 大多数温度测控系统在进行温度检测时, 都是用温度传感器将温度转化为电量后, 经调理电路, 由ADC转换成数字量进行后续处理。这种电路结构复杂、调试烦琐、精度易受元器件参数的影响。

本设计中采用温度传感器DS18B20模块，该传感器自带模数转换可直接使用。因其外部电路简单，温度测量准确度高。

4 液晶显示模块

采用液晶LCD12864用来显示测距信息，内容方便直观，而且可以显示相关提示信息，更加人性化。

5 语音播报模块

采用数码语音芯片ISD2560做语音录放部分。此芯片录放时间长达60s，可实现语音的分段录取、组合回放和循环播放，而且不必使用专门的ISD语音开发设备。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了ADC和DAC。每个采样值直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。另外，ISD2560控制电平与TTL电平兼容，接口简单、使用方便。语音播报电路如图5所示。

图5 语音播报电路

软件设计

软件设计非常重要，它是系统的中枢，影响着整机性能的优劣。本超声波测距仪软件流程如图6所示。

图6 超声波测距软件流程

超声波倒车测距仪功能效果

1 温度补偿作用

超声波在空气中传播的速度受温度的影响很大，为了得到更精确的测量结果，本系统采用了温度补偿的方法。用高精度的温度传感器DS18B20测得环境温度，通过软件编程查表的方法得到超声波实际的传播速度，再由单片机计算出精确的距离。

2 测距大小及精度

通过实践验证，超声波测距达到8m，精确度达到0.01m。并且根据车后障碍物距离大小划分成“安全距离”、“保持距离”、“危险距离”三等级提示。

3 液晶显示功能

液晶12864在倒车测距语音系统中用于显示文字和相关信息。系统上电后在液晶上分行显示：第一行显示：倒车测距语音系统；第二行显示：离目标余：×点××米；第三行显示：状态：××距离；第四行显示：环境温度：××.××××C。（×为系统上电后自行测量得的数据，C为温度的符号）。这样显示使用户清楚的知道自己目前所处的位置和安全程度，从而知道如何下一步的操作。

4 语音播报提示

ISD2560是一个性价比较高的语音录放芯片，其可寻址录放功能是其他语音芯片无法比拟的。把要读的字连续的录于其中，要读测得的距离时，直接从语音段上把各个字取下来，然后进行播放，很好的实现了语音播报功能。 结束语

本系统解决了温度变化带来超声波测距精度不高以及距离不远等问题。此外，整机系统智能化，具有语音播报提示和液晶屏显示功能，体现人性化，使用起来非常方便。这一系统可以安装在各种汽车尾部，用于倒车监测车后障碍物情况，功能良好，效果显著。